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在放射性废物处置安全评价和环境影响评价工作中,核素通过地下水的释放问题是最关心的问题之一,必须了解地下水在包气带和饱和带的运动规律。与饱和带相比,包气带中的水运动过程要复杂得多,受多种因素的控制和制约。干旱地区包气带土壤水分运动参数的高可变性和仪器本身测量精度的限制,使得通常的数学物理方法都受到一定的限制。在这种情况下,示踪剂测试方法是较准确或实用的途径之一。
36Cl是氯的长寿命放射性同位素,半衰期为(3.01±0.04)×105a。由于氯离子具有良好的守恒性和较简单的地球化学性质,在水文地质研究中,是一种非常理想的天然示踪剂。随着探测技术的发展,36Cl在地质年代学及地下水运动示踪等方面有着重要应用。利用核爆生成的36Cl示踪包气带水运动,是近年来发展起来的一种研究地下水运动的方法。
研究表明,自然环境中36Cl含量的突然增加与人类核活动有关,特别是与近海的核爆炸相关。大量核爆产生的36Cl进入同温层,进而形成全球性沉降,并随着大气降水进入土壤。通过对土壤剖面的36Cl浓度分析,找出由某年核爆产生的36Cl峰值位置,由此计算出该36Cl峰值在这段时间内随土壤水的迁移速率,进而研究大气降水对包气带的补给量。
研究区位于塔里木盆地东缘,属大陆性干旱气候区,其包气带厚度大,水流速度低,因此采用同位素示踪法对包气带水进行研究。本研究应用加速器质谱(AMS)分析了土壤剖面的36Cl/Cl数据。从36Cl/Cl比值的剖面变化来看,其峰值出现在48-51cm处,认为这就是由美国大气层核试验于1958年产生的,该36Cl脉冲在土壤中运移至今的时间为48年。据此得到氯在土壤中的平均迁移速率为10.6mm/a,进而求得大气降水补给量为0.77mm/a。研究认为,36Cl在本区土壤中迁移速率主要受气候条件、介质类型和地型条件等因素影响,并确认了在这种干旱—半干旱条件下,应用这种方法计算包气带土壤水迁移速率及大气降水入渗通量的可行性。